第六章固定床反应器 6.,1概述 6,2固定床电的传递过程 6.3绝热床 6.4自换热式固定
第六章 固定床反应器 6.1 概述 6.2 固定床中的传递过程 6.3 绝热床反应器 6.4 自换热式固定床反应器
6.1概述 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床 层而进行反应的装置都称作固定床反应器,其 中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的 床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位 如炼油工业中的催化重整,异构化,基本化学工业中 的氨合成、天然气转化,石油化工中的乙烯氧化制环 氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催 化的气—固相反应,如水煤气的生产,氮与电石反应 生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等,也都采 用固定床反应器
19:26 6.1 概述 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床 层而进行反应的装置都称作固定床反应器,其 中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的 床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。 如炼油工业中的催化重整,异构化,基本化学工业中 的氨合成、天然气转化,石油化工中的乙烯氧化制环 氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。此外还有不少非催 化的气—固相反应,如水煤气的生产,氮与电石反应 生成石灰氮(CaCN2 ) 以及许多矿物的焙烧等,也都采 用固定床反应器
固定床反应器优点 ①固定床中催化剂不易磨损 ②床层内流体的流动接近于平推流,与返混 式的反应器相比,可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③由于停留时间可以严格控制,温度分布可 以适当调节,因此特别有利于达到高的选择性和 转化率,在大生产中尤为重要
19:26 固定床反应器优点 ① 固定床中催化剂不易磨损; ② 床层内流体的流动接近于平推流,与返混 式的反应器相比,可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制,温度分布可 以适当调节,因此特别有利于达到高的选择性和 转化率,在大生产中尤为重要
固定床反应器缺点 ①固定床中的传热较差; ②催化剂的更换必须停产进行
19:26 固定床反应器缺点 ① 固定床中的传热较差; ② 催化剂的更换必须停产进行
还有气—固两相逆流接触的移动床反应装置, 譬如以固体加工为目标的一些连续焙烧装置以及 有些需要连续替换催化剂的反应装置就有采用这 种方式的。它的情况与固定床颇相类似 下面我们来对各种固定床反应器的型式作 些简单的介绍和讨论
19:26 还有气—固两相逆流接触的移动床反应装置, 譬如以固体加工为目标的一些连续焙烧装置以及 有些需要连续替换催化剂的反应装置就有采用这 种方式的。它的情况与固定床颇相类似。 下面我们来对各种固定床反应器的型式作一 些简单的介绍和讨论
1.绝热式反应暑 物料气 图61-1是 绝热床反应器 催化剂 的示意图。它 的结构简单, 催化剂均匀堆 置于床内,床 内没有换热装 置,预热到 物 定温度的反应 物料流过床层图61-1绝热床反应器 讲行辰应就
1. 绝热式反应器 ⚫ 图6.1-1是 绝热床反应器 的示意图。它 的结构简单, 催化剂均匀堆 置于床内,床 内没有换热装 置,预热到一 定温度的反应 物料流过床层 进行反应就可 以了。 物料气 产物 催化剂 图6.1-1 绝热床反应器
典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供 热140kJ/mol,是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供 应的(乙苯:水蒸汽=1:26(质量),混合后在630℃ 入床,离床时降到565℃。 在此,水蒸汽的作用是: ①可以带入大量的显热; ②起稀释作用,使反应的平衡向有利于生成 苯乙烯的方向移动,提高单程转化率; ③使催化剂可能产生的结炭随时得到清除, 从而保持反应器长期连续运转
19:26 典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供 热140kJ/mol,是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供 应的(乙苯:水蒸汽=1: 2.6(质量)),混合后在630℃ 入床,离床时降到565℃。 在此,水蒸汽的作用是: ① 可以带入大量的显热; ② 起稀释作用,使反应的平衡向有利于生成 苯乙烯的方向移动,提高单程转化率; ③ 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除, 从而保持反应器长期连续运转
除单层绝热床外,工业上还有用多段的,近代的 大型合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床 总之,不论是吸热或放热的反应,绝热床的应用相当 广泛。特别对大型的,高温的或高压的反应器,希望 结构简单,同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化 剂以增加生产能力(少加换热空间),而绝热床正好能 符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的, 而温度对反应结果的影响也是举足轻重的,因此如何 取舍,要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应 注意到绝热床的高/径比不宜过大,床层填充务必均 匀,并注意气流的预分布,以保证气流在床层内的均 匀分布
19:26 除单层绝热床外,工业上还有用多段的,近代的 大型合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。 总之,不论是吸热或放热的反应,绝热床的应用相当 广泛。特别对大型的,高温的或高压的反应器,希望 结构简单,同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化 剂以增加生产能力(少加换热空间),而绝热床正好能 符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的, 而温度对反应结果的影响也是举足轻重的,因此如何 取舍,要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应 注意到绝热床的高/径比不宜过大,床层填充务必均 匀,并注意气流的预分布,以保证气流在床层内的均 匀分布
蒸汽 2.换热式反应器 原料 调节阀 换热式反 催化剂 应器以列管式为 补充水 多。通常是在管 内放催化剂,管 间走热载体(在 用高压水或用高 压蒸汽作热载体 时,则把催化剂 放在管间,而使 产物 管内走高压流体)。图61.2乙炔法合成氯乙烯反应器
2. 换热式反应器 ⚫ 换热式反 应器以列管式为 多。通常是在管 内放催化剂,管 间走热载体( 在 用高压水或用高 压蒸汽作热载体 时,则把催化剂 放在管间,而使 管内走高压流体)。 蒸汽 原料 调节阀 催化剂 补充水 产物 图6.1-2乙炔法合成氯乙烯反应器
①管径:一般为25~50mm的管子,但不小于25mm ②催化剂粒径:应小于管径的8倍,通常固定床用的粒径约 为2~6mm,不小于15mm。 ③传热所用的热载体: 沸水可以用于100℃~300℃的温度范围 ●联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200~350℃的范围。 ●无机熔盐(硝酸钾,硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300~400℃的情况。 ●对于600~700℃左右的高温反应,只能用烟道气作为热 载体
19:26 ① 管径:一般为25~50mm的管子,但不小于25mm。 ② 催化剂粒径:应小于管径的8倍,通常固定床用的粒径约 为2~6mm,不小于1.5mm。 ③ 传热所用的热载体: ⚫ 沸水可以用于100℃~300℃的温度范围。 ⚫ 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200~350℃的范围。 ⚫ 无机熔盐(硝酸钾,硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300~400℃的情况。 ⚫ 对于600~700℃左右的高温反应,只能用烟道气作为热 载体